| 研究課題/領域番号 |
19K10168
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| 研究機関 | 鹿児島大学 |
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研究代表者 |
菊地 聖史 鹿児島大学, 医歯学域歯学系, 教授 (50250791)
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| 研究分担者 |
河野 博史 鹿児島大学, 医歯学域歯学系, 講師 (20507165)
近藤 英二 鹿児島大学, 理工学域工学系, 教授 (10183352)
熊澤 典良 鹿児島大学, 理工学域工学系, 准教授 (60284907)
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| 研究期間 (年度) |
2019-04-01 – 2022-03-31
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| キーワード | 医療用ロボット / 歯科用CAD/CAMシステム / 歯牙切削 / CNC |
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| 研究実績の概要 |
本研究は、小型の口腔内切削装置による歯科治療ロボットの試作と評価を行い、有効性を検証するとともに問題点を明らかにし、その解決策を検討することを目的としている。本年度に実施した研究の成果の具体的内容は、次のとおりである。
(1)基本設計：従来の試作歯科治療ロボットは、その主要構成要素である切削装置が大きく重かった。そのため、切削装置を口腔外に配置せざるを得ず、その支持方法や患者の歯列に対する位置決め方法、患者の動きへの追従性、操作性、可搬性などの点で問題があり、実用化の障害となっていた。そこで、切削工具の３次元的な位置決め機構を内蔵する小型の口腔内切削装置、位置決め機構駆動用モーター（口腔外に配置）、両者をつなぐ動力伝達装置、制御用コンピューターなどから構成される歯科治療ロボットの概念設計に基づき、装置の外形寸法や切削工具の可動範囲などの仕様策定と基本設計を行った。設計に際しては、必要に応じて検討用の模型を熱溶解積層方式3Dプリンター等で製作した。
(2)詳細設計：基本設計に基づき、口腔内切削装置の具体的な構造や寸法、材質等を決定し、部品の詳細設計を行った。切削工具の回転動力源は、市販エアタービンハンドピースの部品を流用することとした。3D CADソフトウェア等を用い、部品図や組立図、部品表などを作成した。製作に先立って干渉チェックや組立性チェックも行い、それらの結果を設計に反映させた。
(3)原寸大模型の製作：詳細設計に基づき、シャフトやベアリングなどの既製品を除く部品を高精細の光造形方式3Dプリンターを用いて樹脂で製作し、それらを組み立てて口腔内切削装置の原寸大模型を製作した。
上記成果の意義として、口腔内切削装置の詳細設計が完了し、原寸大模型によって構造や寸法の検討を行うことができ、同装置試作の準備ができたことが挙げられる。
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| 現在までの達成度 (区分) |
現在までの達成度 (区分)
2: おおむね順調に進展している
理由
おおむね当初の予定どおりに進展しているため。
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| 今後の研究の推進方策 |
・歯科治療ロボットの設計と試作（2020年度以降）
(1)口腔内切削装置の試作：原寸大模型の樹脂部品をより強度の高い金属部品へ置き換えることにより、実働する装置を試作する。金属部品は、機械加工や放電加工によって製作する。機械加工や放電加工が難しい小型で複雑な形状の部品ついては、高精細の光造形方式3Dプリンターで樹脂原型を製作し、それを精密鋳造して製作することを検討する。また、金属で製作することが難しい部品については、樹脂部品のままとする。(2)歯科治療ロボットの設計：口腔内切削装置に位置決め機構駆動用モーターや患者が動いても意図しない回転が伝達されない独自の回転動力伝達装置、制御用コンピューターなどを組み合わせた歯科治療ロボットの基本設計と詳細設計を行う。また、これまで開発してきた自動形成プログラムの機能のうち、切削装置の制御に不可欠な機能を汎用のCNCソフトウェアに実装するための方法を検討する。さらに、NC座標系（直交座標系）と装置座標系（円筒座標系）を変換するための処理を同ソフトウェアに実装する方法も検討する。(3)歯科治療ロボットの試作：装置の試作とプログラミングを行う。装置各部が意図したとおりに動作するか確認し、問題点があれば改良する。
・試作歯科治療ロボットの評価と改良（2021年度）
(1)動作確認、問題点の把握、解決策の検討：試作ロボットによる単純な自動切削を試みて、装置全体の動作確認と調整を行う。さらに、歯科用マネキンの模型歯に対して自動形成を試みて、切削精度や切削面性状、加工時間などの評価を行い、問題点があれば改良を試みる。(2)臨床的視点での検討：試作ロボットの有効性や問題点を歯科治療のワークフローにおける位置づけや適用範囲、使用中の患者の安全性や負担などの点から検討する。必要に応じて研究協力者に助言を求める。
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| 次年度使用額が生じた理由 |
（理由）装置の設計変更などのため。（使用計画）次年度使用額は、翌年度分として請求した助成金と合わせて研究に必要な物品費や旅費などに充てる予定である。
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| 備考 |
菊地聖史、ソフトウェア・デファインド歯科に向けた歯科治療ロボットの開発、微細加工工業会主催 第4回先端加工技術セミナー2019（招待講演）、2019年10月11日、鹿児島市
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